本技術(shù)涉及隧道施工，特別是涉及一種基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會發(fā)展，隧道工程在城市建設(shè)和交通發(fā)展中扮演著重要的角色，能夠有效緩解交通壓力、改善城市交通條件，提高基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平。隧道工程具體是指在地下或水下開挖和構(gòu)建的通道，用于交通運(yùn)輸、供水、排水、通信等目的，通常涉及到復(fù)雜的地質(zhì)條件、工程技術(shù)、安全管理等方面的問題。隧道工程包括隧道的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測和維護(hù)等環(huán)節(jié)，需要由專業(yè)的工程師和施工人員進(jìn)行操作，其施工方法主要有盾構(gòu)法、鉆爆法、挖掘法等。隧道工程的設(shè)計(jì)和施工需要符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，選擇合適的施工方式需要考慮地質(zhì)條件、隧道長度、所在環(huán)境等因素，確保工程質(zhì)量和安全。同時，隧道工程也面臨著地質(zhì)災(zāi)害、施工風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境保護(hù)等挑戰(zhàn)，需要綜合考慮多方因素，保障工程的順利進(jìn)行。

2、在地鐵隧道施工智能化改造過程中，水平運(yùn)輸機(jī)車停車作業(yè)時，需要精確?？吭谕＼圏c(diǎn)作業(yè)?，F(xiàn)有技術(shù)中普遍采取的方法為人工控制方法，需要工人觀察水平運(yùn)輸機(jī)車與精確?？奎c(diǎn)的距離，然后通過對講機(jī)與水平運(yùn)輸機(jī)車的駕駛員溝通停車位置。而這種控制方法中，一方面人工匯報(bào)位置并不準(zhǔn)確，另一方面對駕駛員的駕駛技術(shù)有較高要求。因此，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸機(jī)車智能化，減少人為因素導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)、提高施工安全性，在隧道施工技術(shù)領(lǐng)域是十分必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛系統(tǒng)及方法，可替代人力執(zhí)行重復(fù)勞動和高風(fēng)險(xiǎn)工作，減少對人力資源的依賴，降低人力成本，提高工作效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛系統(tǒng)，包括盾構(gòu)機(jī)、水平運(yùn)輸機(jī)車和龍門吊；盾構(gòu)機(jī)包括掘進(jìn)鉆頭、防撞梁、管片轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域、砂漿轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域和出渣口區(qū)域；水平運(yùn)輸機(jī)車包括動力車廂、渣土裝載車廂、砂漿運(yùn)輸車廂和管片運(yùn)輸車廂。還包括：無線通信設(shè)備，盾構(gòu)機(jī)、水平運(yùn)輸機(jī)車和龍門吊分別與無線通信設(shè)備連接。

4、盾構(gòu)機(jī)的防撞梁處設(shè)有第一定位標(biāo)簽、第一激光雷達(dá)和第一深度相機(jī)；水平運(yùn)輸機(jī)車上設(shè)有定位基站；第一定位標(biāo)簽和定位基站相互配合，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸機(jī)車對防撞梁的粗定位；第一激光雷達(dá)和第一深度相機(jī)用于測量得到水平運(yùn)輸機(jī)車與防撞梁之間的距離。

5、盾構(gòu)機(jī)的出渣口區(qū)域處設(shè)有第二定位標(biāo)簽、第二激光雷達(dá)和第二深度相機(jī)；第二定位標(biāo)簽和定位基站相互配合，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸機(jī)車對出渣口區(qū)域的粗定位；第二深度相機(jī)用于測量得到水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離；第二激光雷達(dá)用于測量得到渣土裝載車廂的渣土裝載量。

6、龍門吊處設(shè)有第三定位標(biāo)簽和龍門吊攝像頭；第三定位標(biāo)簽和定位基站相互配合，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸機(jī)車對龍門吊的粗定位；龍門吊攝像頭用于拍攝渣土裝載車廂的內(nèi)部。

7、盾構(gòu)機(jī)的車鉤連接處設(shè)有第四定位標(biāo)簽和第三深度相機(jī)；第四定位標(biāo)簽和定位基站相互配合，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸機(jī)車對車鉤連接處的粗定位；第三深度相機(jī)用于測量得到水平運(yùn)輸機(jī)車與車鉤連接處之間的距離。

8、水平運(yùn)輸機(jī)車上設(shè)有車載工控機(jī)和列車自動運(yùn)行模塊，車載工控機(jī)用于處理行駛過程中采集的視頻數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)；所述列車自動運(yùn)行模塊用于：在水平運(yùn)輸機(jī)車進(jìn)入防撞梁預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，控制水平運(yùn)輸機(jī)車減速；根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與防撞梁之間的距離和第一預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車，使管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂分別?？吭诠芷D(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域和砂漿轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域；根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車的動作，使渣土裝載車廂?？吭诔鲈趨^(qū)域；在渣土裝載車廂裝滿渣土且管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂為空之后，根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與車鉤連接處之間的距離和第三預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車，重新連接管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂，并向龍門吊的方向行進(jìn)；在水平運(yùn)輸機(jī)車進(jìn)入龍門吊預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車；將渣土裝載車廂的渣土進(jìn)行傾倒并向管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂裝載管片和砂漿。

9、盾構(gòu)機(jī)上設(shè)有盾構(gòu)機(jī)工控機(jī)，盾構(gòu)機(jī)工控機(jī)用于：根據(jù)渣土裝載車廂的渣土裝載量，啟動或停止出渣口區(qū)域向渣土裝載車廂排放渣土；在管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂脫離并?？亢螅謩e從砂漿運(yùn)輸車廂和管片運(yùn)輸車廂獲取砂漿和管片。

10、可選地，水平運(yùn)輸機(jī)車的車頭設(shè)置有車首攝像頭，水平運(yùn)輸機(jī)車的車尾設(shè)置有車尾攝像頭；水平運(yùn)輸機(jī)車上還搭載有列車自動防護(hù)模塊，列車自動防護(hù)模塊根據(jù)車首攝像頭和車尾攝像頭的畫面，判斷行駛過程中是否具有安全風(fēng)險(xiǎn)；在不具有安全風(fēng)險(xiǎn)時，通知列車自動運(yùn)行模塊控制水平運(yùn)輸機(jī)車行進(jìn)；在具有安全風(fēng)險(xiǎn)時，通知列車自動運(yùn)行模塊控制水平運(yùn)輸機(jī)車停止行進(jìn)。

11、可選地，水平運(yùn)輸機(jī)車上還搭載有車載人機(jī)界面；車載人機(jī)界面用于顯示各成像設(shè)備采集的視頻或圖像數(shù)據(jù)；成像設(shè)備包括第一深度相機(jī)、第二深度相機(jī)、第三深度相機(jī)、龍門吊攝像頭、車首攝像頭和車尾攝像頭。

12、可選地，渣土裝載車廂的數(shù)量至少為兩個，渣土裝載車廂用于裝載盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的渣土；管片運(yùn)輸車廂的數(shù)量至少為兩個，管片運(yùn)輸車廂裝載的管片用于加固隧道；砂漿運(yùn)輸車廂的數(shù)量至少為一個，砂漿運(yùn)輸車廂裝載的砂漿用于填充管片之間的縫隙。

13、可選地，列車自動運(yùn)行模塊具體用于：在管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂不為空時，將管片運(yùn)輸車廂脫離水平運(yùn)輸機(jī)車并?？吭诠芷D(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域，將砂漿運(yùn)輸車廂脫離水平運(yùn)輸機(jī)車并停靠在砂漿轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域。

14、在將管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂?？恐?，根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車的動作，使若干個渣土裝載車廂依次至出渣口區(qū)域裝載渣土。

15、在到達(dá)龍門吊處后，在渣土裝載車廂的內(nèi)部不為空時，控制渣土裝載車廂進(jìn)行渣土傾倒。

16、可選地，水平運(yùn)輸機(jī)車上還設(shè)有激光測速傳感器和輪軸測速傳感器，激光測速傳感器和輪軸測速傳感器用于測量得到水平運(yùn)輸機(jī)車的行進(jìn)速度。

17、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛方法，應(yīng)用如前文所述的基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛系統(tǒng)，所述基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛方法包括以下步驟：

18、在水平運(yùn)輸機(jī)車進(jìn)入防撞梁預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，控制水平運(yùn)輸機(jī)車減速。

19、根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與防撞梁之間的距離和第一預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車，使管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂分別?？吭诠芷D(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域和砂漿轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域。

20、根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預(yù)設(shè)?？烤嚯x，控制水平運(yùn)輸機(jī)車的動作，使渣土裝載車廂?？吭诔鲈趨^(qū)域。

21、在渣土裝載車廂裝滿渣土且管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂為空之后，根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與車鉤連接處之間的距離和第三預(yù)設(shè)?？烤嚯x，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車，重新連接管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂，并向龍門吊的方向行進(jìn)。

22、在水平運(yùn)輸機(jī)車進(jìn)入龍門吊預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時，控制水平運(yùn)輸機(jī)車停車。

23、將渣土裝載車廂的渣土進(jìn)行傾倒并向管片運(yùn)輸車廂和砂漿運(yùn)輸車廂裝載管片和砂漿。

24、可選地，還包括以下步驟：

25、根據(jù)車首攝像頭和車尾攝像頭的畫面，判斷行駛過程中是否具有安全風(fēng)險(xiǎn)。

26、在不具有安全風(fēng)險(xiǎn)時，通知列車自動運(yùn)行模塊控制水平運(yùn)輸機(jī)車行進(jìn)。

27、在具有安全風(fēng)險(xiǎn)時，通知列車自動運(yùn)行模塊控制水平運(yùn)輸機(jī)車停止行進(jìn)。

28、可選地，渣土裝載車廂的數(shù)量至少為兩個，渣土裝載車廂用于裝載盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中產(chǎn)生的渣土；管片運(yùn)輸車廂的數(shù)量至少為兩個，管片運(yùn)輸車廂裝載的管片用于加固隧道；砂漿運(yùn)輸車廂的數(shù)量至少為一個，砂漿運(yùn)輸車廂裝載的砂漿用于填充管片之間的縫隙。

29、可選地，根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預(yù)設(shè)停靠距離，控制水平運(yùn)輸機(jī)車的動作，使渣土裝載車廂?？吭诔鲈趨^(qū)域，具體包括以下步驟：

30、根據(jù)水平運(yùn)輸機(jī)車與出渣口區(qū)域之間的距離和第二預(yù)設(shè)?？烤嚯x，控制水平運(yùn)輸機(jī)車的動作，使若干個渣土裝載車廂依次至出渣口區(qū)域裝載渣土。

31、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

32、本技術(shù)提供了一種基于盾構(gòu)法的水平運(yùn)輸機(jī)車自動駕駛系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)中包括：無線通信設(shè)備，盾構(gòu)機(jī)、水平運(yùn)輸機(jī)車和龍門吊分別與無線通信設(shè)備連接。在盾構(gòu)機(jī)的防撞梁處設(shè)有第一定位標(biāo)簽、第一激光雷達(dá)和第一深度相機(jī)；在盾構(gòu)機(jī)的出渣口區(qū)域處設(shè)有第二定位標(biāo)簽、第二激光雷達(dá)和第二深度相機(jī)；在龍門吊處設(shè)有第三定位標(biāo)簽和龍門吊攝像頭；在車鉤連接處設(shè)有第四定位標(biāo)簽和第三深度相機(jī)；水平運(yùn)輸機(jī)車上的車載工控機(jī)處理上述各組件測量的數(shù)據(jù)，隨后通過列車自動運(yùn)行模塊控制水平運(yùn)輸機(jī)車減速或停車，完成管片和砂漿的運(yùn)輸、以及渣土的裝載和卸載。本技術(shù)上述方案實(shí)現(xiàn)了水平運(yùn)輸機(jī)車的智能化工作，可以減少人為因素導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)，提高施工安全性，能夠替代人力執(zhí)行重復(fù)勞動和高風(fēng)險(xiǎn)工作，減少對人力資源的依賴，降低人力成本，提高工作效率，而且相較于傳統(tǒng)的人工駕駛，停車精度高。